Кронберг П.
Дистанционное изучение Земли: Основы и методы дистанционных исследований в геологии

О вторичном тепловом излучении горных пород. Часть 2

В этой же работе Лайона и Грина [192] кроме вышеприведенных графиков вторичного теплового излучения горных пород имеются данные по спектрам эмиссии разных пород Бушвелдского интрузивного комплекса и одного из районов крупных медно-порфировых рудопроявлений. Сопоставление этих данных показывает, что положение минимума вторичного теплового излучения смещается с увеличением содержания окиси кремния в породе (в процентах) в сторону коротковолновой части спектра электромагнитных волн. Следовательно, спектры эмиттерного излучения горных пород можно использовать для их распознавания и определения. Для диагностики имеет значение положение не только главного, но и побочных минимумов эмиттерного потока энергии на графике ее интенсивности. Это подтверждается приводимой авторами таблицей положений минимумов различных пород.
Вполне однозначна связь интенсивности вторичного теплового излучения с минеральным составом горной породы. Она предполагает правомочность и обратного вывода о связи спектра испускания с химическим составом горной породы. Согласно Лиону и Грину [192], речь идет прежде всего о начальной или исходной величине спектра излучения. Эта величина получается при измерениях на местности на очень небольшом расстоянии от поверхности горной породы. Топографическое положение, степень и особенности выветрелости, вид и плотность растительности на поверхности горной породы не бывают постоянными. Переменные свойства поверхности горной породы или почвы, так же как и технические условия спектрометрирования во время полета, состояние атмосферы в момент съемки и в течение ближайших суток – все эти факторы оказывают влияние на спектральную характеристику горной породы и на получаемый сенсором импульс (при условии что он вообще может быть зарегистрирован приемником на борту самолета или спутника). В принципе на спектральную характеристику поверхности горной породы или почвы влияют многочисленные факторы, как зависящие от свойств поверхности объекта измерения, так и не зависящие от них, а связанные с его окружением и атмосферой. Однако для регионов, в которых обширные участки территории лишены растительного покрова, например в аридных областях, в высокогорных районах и т. п., сканером при тепловой съемке охватываются большие площади обнаженных горных пород. Здесь можно использовать минимумы на графиках вторичного теплового излучения объектов, закономерно связанные с их минеральным составом, для интерпретации определенных литофациальных разностей пород или их комплексов. Это предположение было доказано при сканерных самолетных тепловых съемках в районе кратера Писга [305, 306, 307]. Один из авторов проводившегося там эксперимента, Винсент, составил по его результатам при помощи компьютерной обработки так называемые числовые изображения по методу отношений данных съемки двух каналов: 8,2-9,1 к 9,1-12,1 мкм. Участки обнаженных горных пород разного состава на нем выразились наиболее контрастно и были переданы оттенками серого тона. Эти так называемые ратио-изображения, или изображения, построенные по методу частного (иногда для сокращения их называют числовыми), позволяют все зафиксированные на снимке разности пород или почв классифицировать в соответствии со спектром их излучения, определенным в вышеописанных нами экспериментах Лайоном [190]. Он указал, что при применении методов числовой обработки данных тепловых сканерных съемок основное значение должно иметь отношение спектральных сигналов двух диапазонов: 8-9 к 9-11 мкм. По его мнению, наименьшие значения величин этого отношения имеют горные породы или почвы, в состав которых входят кварц или плагиоклазы. Более высокие значения величин этого отношения свидетельствуют о бедности пород или почв кварцем и полевыми шпатами. Но окончательно вопрос об оптимальности (и эффективности) использования этих двух спектральных диапазонов для изучения литофациальных особенностей регионов по данным тепловых съемок и влиянии на них атмосферных и других помех при прохождении сигнала к приемнику, установленному на борту носителя – самолета или спутника, – не решен на современном этапе исследований.
Пока все же удалось выделить [139] ряд силикатных пород (кварцит, кварцевый монцонит, монцонит, кварцевый трахит и трахит) на ратио-изображениях, построенных по методу частного, по результатам самолетных съемок многозональным тепловым сканером. Кроме того, успешно было проведено картирование различных силикатных пород в районе Тинтик, шт. Юта, США, и других районах с помощью съемки усовершенствованным шестиканальным тепловым сканером с высоким спектральным разрешением [86].
Таким образом, решающее значение для внедрения методов тепловых сканерных съемок в геологические исследования имеет возможность одновременного проведения спектрометрирования по многим критическим (характерным) спектральным диапазонам, т.е. возможность проведения многозональной тепловой сканерной съемки с самолетов или спутников, а также возможность компьютерной обработки ее результатов и представления данных в виде оптимизированных по контрастности изображений (гл. 5).
Количественная обработка данных многозональных съемок, в том числе и тепловыми сканерами и радиометрами, приобретает с каждым днем все большее значение. Уже сейчас дистанционное зондирование основывается на температурных особенностях почв, растительных сообществ или горных пород при решении оперативных задач мониторинга среды. Различные тепловые свойства горных пород (табл. 1а) и различные коэффициенты вторичного теплового излучения или коэффициенты эмиссии е(л) (табл. 16) приводят к разному их нагреванию днем и охлаждению ночью, что определяется по температурным контрастам в суточном ходе температур, который используют при дистанционном зондировании. На практике относительные различия в температуре поверхностей объектов наряду с другими фотогеологическими критериями используют для дешифрирования аэрокосмических тепловых сканерных снимков, на которых разница в радиационных температурах объектов передается оттенками серого тона изображения. Так как на температуру поверхности объекта влияет комплексно очень большое количество процессов с переменными физическими параметрами (разд. 3.1), то, как правило, невозможно только по данным тепловых съемок получить количественные оценки петрографических различий близких по составу комплексов пород и почв. Но здесь важно подчеркнуть, что даже информация об относительном различии в радиационных температурах поверхности объектов может оказаться решающей при геологическом дешифрировании снимков, так как возможны дополнительные критерии оценки, которые нельзя получить съемками в видимом диапазоне электромагнитных волн (см. введение и примеры в разд. 6.4).

Таблица 1а. Термические свойства различных горных пород и воды при температуре 20°С [134] (доступно только при скачивании полной версии)

Таблица 1б. Коэффициенты излучения некоторых важнейших материалов для диапазона 8-14 мкм [244] (доступно только при скачивании полной версии)

Примеры использования количественной обработки данных аэросъемок и космических тепловых съемок для изучения и картирования геологических объектов разных типов имеются в ряде работ [258, 234, 316, 140]. При известной величине теплопереноса (или тепловой инерции) и альбедо двух или более распознаваемых типов горных пород по числовой модели дневного (или ночного) хода температур оцениваются величины их температурных контрастов. Этим методом было установлено, что горные породы и другие природные объекты с одинаковым альбедо, но разной величиной температурной инерции имеют разный температурный профиль, т. е. суточное колебание температуры поверхности. При этом породы с высоким коэффициентом тепловой инерции испытывают незначительные колебания температуры поверхности в течение суток по сравнению с породами с низкими значениями температурной инерции. Эти последние показывают наибольшую разницу температур днем (около часа пополудни) и ночью или ранним утром (незадолго до восхода солнца). Для. горных пород с примерно одинаковой величиной коэффициента температурной инерции, но различной величиной альбедо наиболее сильные контрасты в радиационных температурах выступают несколько позднее – во второй половине дня, когда нивелируется утреннее сглаживание температур (разд. 6.4).
Величина альбедо горных пород (для районов, лишенных растительности и почвенного покрова или бедных растительностью) рассчитывается по снимкам, полученным в видимом диапазоне электромагнитных волн (0,4-0,7 мкм). Термический коэффициент, или коэффициент температурного переноса, рассчитывается по амплитудам суточного температурного профиля и по данным о величинах спектрального отражения объектов в видимом диапазоне. Расчеты значений амплитуд суточного температурного профиля для горной породы или группы пород при корреляции результатов тепловой съемки с референц-данными (т. е. калибровки измеренных величин по тарированному излучателю, установленному в самой сканирующей системе) позволяют определить те величины радиационных температур, которые будут при съемке регистрироваться сенсорами. По данным вышеуказанных исследований температурный коэффициент горных пород в большинстве случаев может служить характеризующим признаком для распознавания определенных типов горных пород по результатам тепловых аэрокосмических съемок. Но в этих случаях необходимо в первую очередь учитывать уже неоднократно упоминавшиеся факторы, образующие помехи при измерениях: топографический эффект (при дневных съемках), метеоусловия, прозрачность атмосферы и стояние Солнца для того, чтобы получить удовлетворительные результаты интерпретации тепловых съемок. Например, искажающее влияние топографического положения поверхности объекта выразится в том, что поверхности, расположенные на северных склонах, будут иметь более низкие температуры, чем на южных (для отрицательных форм рельефа, например для ущелий в горах, эффект будет обратный). При этом освещенные в течение дня поверхности будут иметь большие амплитуды температур, чем неосвещенные поверхности северных склонов. Малые контрасты температур введут в заблуждение исследователя-интерпретатора, не имеющего дополнительных сведений о рельефе района съемок. Из этого становится очевидной важность корреляции данных видимого и теплового диапазонов, а также введение поправок на топографию местности при анализе и интерпретации тепловых сканерных съемок, особенно в горной или холмистой местности.

Скачати повну версію книжки (з малюнками, картами, схемами і таблицями) одним файлом